南高叢藍莓‘奧尼爾’綠枝扦插生根過程中內源激素的變化

安海山,章加應,張學英,周博強,張麗勍

(上海市農業科學院林木果樹研究所,上海市設施園藝重點實驗室,上海 201403)

藍莓為杜鵑花科(Ericaceae)越橘屬(Vacciniumspp.)多年生小漿果,可利用扦插、組織培養、嫁接和播種等多種方式進行繁殖,其中扦插繁殖操作簡便、成本低廉且易于保持母體固有特性,被廣泛應用于藍莓生產實踐[1-3]。然而,受參試品種、插條類型及取材時間和扦插季節等多因素影響,其扦插生根率較低,嚴重制約藍莓的繁殖[4-5]。植物激素在植物生長發育中起重要調控作用,以往研究多集中在利用植物生長調節劑吲哚丁酸(IBA)、萘乙酸(NAA)和ABT生根粉等誘導藍莓插條生根等方面[6-8],但內源激素含量及其動態變化對藍莓插條生根的調控作用及相關機理仍不清晰。本研究以南高叢藍莓品種‘奧尼爾’為試材,利用液相色譜質譜聯用(LC-MS)方法檢測藍莓扦插生根過程中插穗韌皮部內源激素變化,以期明確內源激素調控藍莓插條生根的潛在機制。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為3年生南高叢藍莓品種‘奧尼爾’,定植于上海市農業科學院莊行綜合試驗站。

1.2 試驗方法

1.2.1 插穗準備及處理

2019年4月10日隨機采取半木質化的新梢若干,參照An等[9]的方法將藍莓新梢截取為長度10 cm的插穗,保留頂端1—2片葉,其余葉片全部剔除,分別在清水(對照)和1 000 mg∕L吲哚丁酸(IBA)溶液中處理1 min,垂直插入經1 000倍稀釋的多菌靈消毒后的基質(泥炭∶珍珠巖=3∶1,體積比),每50個插穗為1組,3次重復。扦插后,利用迷霧系統保持基質相對濕度在80%—90%。扦插后60 d,調查藍莓插穗的生根情況。

1.2.2 內源激素含量測定

每7 d對插穗基部1 cm的韌皮部進行取樣(取樣時間點為扦插后0 d、7 d、14 d、21 d、28 d、35 d),參照An等[10]的方法對不同取樣點的藍莓樣品的內源激素進行提取,采用液相色譜質譜聯用(LC-MS)的方法測定生長素(IAA)、脫落酸(ABA)、玉米素(ZT)和赤霉素(GA3)這4種主要內源激素含量,并計算各激素間的比值。

1.2.3 數據處理與分析

利用SPSS 19.0軟件進行差異顯著性分析(P≤0.05),利用GraphPad Prism 6.0軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 ‘奧尼爾’綠枝扦插生根表型調查

由圖1可知,與對照相比,吲哚丁酸(IBA)顯著促進藍莓插穗的生根。IBA處理后‘奧尼爾’插穗的生根率為49.84%,顯著高于對照組(28.35%),平均根條數為8.28,與對照組(4.87)存在顯著性差異;IBA處理組和對照組的平均根長度有一定差別,但未達到顯著水平(圖2),表明生長素類的植物生長調節劑吲哚丁酸對誘導藍莓綠枝插穗生根具有顯著促進作用。

圖1 ‘奧尼爾’綠枝扦插后60 d的生根表型Fig.1 Rooting phenotype at 60 days after cutting of‘O＇Neal’under different treatments

圖2 ‘奧尼爾’綠枝扦插生根率、生根條數和平均根長度(n=3)Fig.2 Rooting ability of blueberry cuttings from cv.‘O＇Neal’under different treatments(n=3)

2.2 ‘奧尼爾’插穗生根期間內源激素含量的變化

與對照相比,IBA處理后,IAA含量呈現“低-高-低”的變化趨勢,在扦插后21 d達到峰值(圖3a);ABA含量急劇下降,扦插后7 d降至最低,隨后保持在較低水平(圖3b);GA3含量在藍莓插穗生根進程中無明顯變化(圖3c);ZT含量在藍莓插穗整個生根進程中均極低且無明顯變化(圖3d),上述結果表明,較高含量的生長素和較低含量的脫落酸和玉米素有利于促進藍莓插穗生根。

圖3 ‘奧尼爾’扦插生根過程中IAA、ABA、GA3和ZT含量的變化(n=3)Fig.3 Changes of contents of IAA、ABA、GA3 and ZT during adventitious root formation of blueberry cv.‘O＇Neal’(n=3)

2.3 ‘奧尼爾’插穗生根期間激素比值的變化

為深入探究內源激素對藍莓扦插生根的調控作用,進一步分析‘奧尼爾’藍莓插穗生根期間不同激素的比值(包括IAA∕ABA、IAA∕GA3、IAA∕ZT、ABA∕GA3、ABA∕ZT和GA3∕ZT)變化,結果顯示:IAA∕ABA和IAA∕ZT的變化趨勢基本一致,尤其是IBA處理后,兩者均在扦插后21 d出現波峰(圖4a和圖4c),對照組和IBA處理后的藍莓插穗中IAA∕GA3無明顯差異(圖4b),ABA∕GA3和ABA∕ZT變化趨勢類似,均表現為IBA處理組在扦插后7 d降至最低,隨后保持在較低水平(圖4d和圖4e),GA3∕ZT無明顯變化規律(圖4f)。

圖4 ‘奧尼爾’扦插生根過程中幾種激素比值的變化Fig.4 Changes of the ratio of several hormones during adventitious root formation of blueberry cv.‘O＇Neal’

3 討論

生長素對促進插條生根起重要作用,其原因可能在于插條嫩葉或活動芽形成的IAA向下運輸至生根區后能夠誘導愈傷組織或根原基的產生,進而促進生根[11-12]。插條的生根能力與植物生長調節劑的種類、濃度、處理時間及內源激素水平等直接相關。本研究顯示,IBA處理的藍莓插條生根質量顯著提高,尤其是生根率和平均根條數均顯著高于對照組(圖1,圖2),內源激素測定顯示,IBA處理的藍莓插條IAA含量呈‘低-高-低’的變化趨勢,在扦插后7 d出現第一次小高峰,在21 d出現第二次高峰且達到峰值,表明較高水平的IAA含量有利于誘導藍莓插條生根。An等[10]對南高叢藍莓‘比洛克西’插條解剖結構觀察發現,扦插后7 d時產生大量愈傷組織,扦插后21—28 d是藍莓根原基產生的關鍵期,這與本研究在扦插后7 d和21 d分別出現的兩次IAA峰值相吻合。藍莓插條中IAA含量的升高,可能是由于外源IBA刺激了內源IAA向插條基部運輸,或促使部分內源IBA轉運至藍莓插條基部進而轉化為IAA有關,而高含量IAA可誘導插條基部愈傷組織的產生、根原基的起始等一系列反應,從而促進藍莓插穗生根。

ABA是一種抑制插條生根的內源激素,ABA含量的急劇下降,不僅有利于插條內的淀粉水解轉化為糖,也有利于IAA受體的形成,從而促進藍莓插條生根。徐繼忠等[13]研究表明,對照組(清水)的桃插條在扦插4 d后ABA含量下降,之后變化較小;IBA處理的桃插條在整個生根過程中ABA含量持續下降。本研究結果顯示,經IBA處理的藍莓插條ABA含量迅速下降,在扦插后7 d降至最低,隨后保持在較低水平,而對照組ABA含量在扦插后7 d時較低,14 d時較高,隨后降低。這與前人研究的觀點基本一致,即外源激素處理能夠降低內源ABA的水平,從而促進生根,提高生根率。

赤霉素是植物體內產生的一種影響植物生長發育的激素[14]。關于赤霉素在植物扦插生根中的作用有兩種說法:一種說法認為赤霉素與生長素起相反的作用,但抑制不定根產生的途徑可能是通過抑制形成根原基細胞的分裂或是阻礙生長素誘導的根原基的進一步生長發育進行[15];另一種說法是不定根形成的不同階段,GA3發揮的作用不同,低濃度的GA3能夠增強生長素對不定根的誘導作用,有利于不定根原基的起始分化,而一定當量的GA3有助于根原基的生長[16],GA3含量的適度下降有利于細柄蕈不定根的產生[17]。An等[10]指出‘比洛克西’綠枝扦插后21 d GA3含量略微升高,但整個生根進程GA3含量變化并不明顯。本研究發現對照組的GA3含量在扦插后7 d上升,隨后下降并呈波動狀態,IBA處理的‘奧尼爾’插條GA3含量也呈波動狀態,且無明顯變化規律,因此,關于赤霉素在藍莓插條生根中的作用仍待進一步研究。

玉米素是一種細胞分裂素,一般認為ZT對插條生根有一定的促進作用。宋鵬飛等[18]研究指出低濃度的ZT含量利于‘兔眼’藍莓嫩枝不定根原基的形成,高濃度ZT有利于不定根的伸長。王雪嬌[19]研究表明,‘美登’藍莓組培苗在扦插生根過程中ZT呈上升趨勢,且在扦插后24 d時達到峰值,認為ZT含量的積累有利于根原基的發育及不定根的形成。本研究結果顯示在‘奧尼爾’藍莓插條生根進程中玉米素含量始終保持在較低水平(圖3d),這與上述研究結果并不完全一致,這可能是由于參試材料不同或不定根形成進程的差異所致。

與單一激素作用相比,不同激素間的平衡可能在藍莓插條生根中起更重要作用。王雪嬌[19]指出,外源激素處理的‘美登’藍莓組培苗插穗內的IAA∕ABA值高于對照,且在扦插后32 d時達到峰值,認為高IAA∕ABA值有利于藍莓插穗不定根的生成。李立佼[20]探究了外源添加硼、蔗糖、維生素B的IBA溶液對藍莓插穗生根過程中內源激素的影響,發現經硼-IBA處理的插穗大量生根,且不定根形成時期的ABA含量顯著降低,IAA∕ABA值也高于其他處理,認為硼的添加之所以能促進藍莓生根與其能提高不定根形成時期的IAA含量和降低ABA含量密切相關。宋鵬飛[18]指出,適宜的IAA∕GA有利于愈傷組織和根原基分化,IAA∕ZT的升高有利于根原基的分化,但在生根后期,低IAA∕ZT有助于不定根的伸長生長。本研究發現,IAA∕ABA、IAA∕GA3和IAA∕Zeatin的變化趨勢類似,均在扦插后7 d和21 d時出現不同程度的峰值,尤其是IAA∕ABA的比值在扦插后21 d時達到最高峰,進一步說明高水平的IAA和低水平的ABA在藍莓插條生根中起重要作用,這與前人研究結果吻合。IBA處理的藍莓插條ABA∕GA3和ABA∕Zeatin均在扦插后7 d降至最低,隨后變化很小,而對照組中兩者均在扦插后7 d較低,扦插后14 d較高,隨后降至較低水平,這也間接反應了高水平的ABA不利于藍莓插穗生根。

總之,藍莓插條生根是一個受多因子影響的生理生態過程,內源激素水平及不同激素間的平衡在藍莓插穗生根不同發育階段的調控作用也是極其復雜的,關于藍莓扦插生根進程激素間的平衡與互作機制仍需進一步研究。